Điều kiện khí hậu ở ĐBSCL thích hợp cho sự phát triển của nhiều loại cây màu khác nhau. Tùy theo điều kiện từng nơi và tập quán canh tác của người dân mà cây màu có thể được bố trí vào chính vụ như ĐX (tháng 12–3 dl), XH (tháng 3–6 dl), TĐ (tháng 8–11 dl). Và đã cho thấy hiệu quả trong việc nâng cao năng suất và thu nhập so với độc canh cây lúa. Mô hình luân canh cây màu trên đất lúa rất đa dạng ở ĐBSCL, tùy theo vùng sinh thái ở ĐBSCL mà đã hình thành nên nhiều mô hình canh tác lúa–màu hoặc chuyên màu thích hợp (Trương Trọng Ngôn, 2003).
ỞĐBSCL, hướng chuyển đổi cơ cấu cây trồng là chuyển đổi từđất trồng lúa kém hiệu quả sang cây trồng cạn, chuyển đổi vụ lúa XH kém hiệu quả trên đất có sa cấu nhẹ ở dọc ven sông Hậu bằng cây bắp lai luân canh trên chân đất 2 vụ lúa không bị ngập sâu trong mùa lũ. Trồng bắp, đậu nành luân canh trên đất 2 vụ lúa sẽ
tiết kiệm lượng nước sử dụng, tăng độ phì nhiêu của đất, gia tăng thu nhập cho người nông dân, duy trì đất sản xuất bền vững lâu dài (Viện Lúa ĐBSCL, 2003).
1.2.1 Ảnh hưởng của luân canh đến năng suất cây trồng
Kết quảđiều tra ở Ô Môn, Cần Thơ tháng 4/1997 cho thấy các cây trồng cạn
được đưa vào luân canh với lúa đều phát triển tốt, cho năng suất khá cao, thay đổi tùy vào tính chất đất, trình độ canh tác, khả năng đầu tư của nông dân,... Năng suất lúa vụ ĐX trong các cơ cấu đều rất cao, biến động từ 6,8–7,4 tấn/ha. Năng suất lúa HT biến động từ 3,6–4,5 tấn/ha. Các cây màu cũng đạt khá cao (bắp cải 28,5 tấn/ha, dưa hấu 25,8 tấn/ha) (Trịnh Thị Thu Trang, 1997).
Trong hệ thống luân canh đậu nành–lúa, sau 4 năm cho thấy năng suất và các tính trạng nông học của cây trồng được nâng lên một cách có ý nghĩa, đặc biệt độ
phì của đất, hàm lượng carbon hữu cơ, đạm, lân, kali hữu dụng (Tran Thi Ngoc Son
et al., 2004).
Luân canh làm cho tính chất hóa lý của đất thay đổi theo chiều hướng tốt (Mai Văn Quyền, 1996). Luân canh lúa–màu làm gia tăng hàm lượng lân hữu dụng, đạm hữu cơ dễ phân hủy, đạm khoáng hóa, kali trao đổi và hoạt động của các vi sinh vật (Nguyễn Thị Đan Thi, 2007), vì vậy làm gia tăng độ phì của đất và năng suất lúa trong các nghiệm thức luân canh.
Khi luân canh 1 vụ bắp lai với 2 vụ lúa hoặc 2 vụ bắp lai với 1 vụ lúa thì sẽ
có lợi về mặt kinh tế hơn so với độc canh 3 vụ lúa (Trịnh Thị Thu Trang, 1997). Trồng bắp luân canh với 2 vụ lúa góp phần làm giảm áp lực sâu bệnh trên ruộng lúa so với trồng 3 vụ lúa liên tục trong năm (Dương Văn Chín, 2006). Ẩm độ trong đất tạo điều kiện cho hạt cỏ dại và lúa cỏ nẩy mầm, mọc mầm và phát triển thành cây con và bị tiêu diệt, góp phần làm giảm áp lực của cỏ dại trong ruộng lúa vụ sau. Trồng bắp tiết kiệm được 40% lượng nước tưới so với trồng lúa tưới ngập.
Bắp là nguồn lương thực đứng thứ 2 ở Việt Nam sau lúa nước và thứ 3 trên thế giới sau lúa nước và lúa mì (Witt et al., 2005). Bắp được dùng làm thức ăn trong chăn nuôi. Hiện nay, diện tích và sản lượng bắp phát triển rất nhanh, đặc biệt trong tương lai khi mà nhân loại đang đứng trước nguy cơ thiếu nước ngọt nghiêm trọng và nhu cầu lương thực, thực phẩm ngày càng gia tăng do dân số gia tăng nhanh chóng. Cây bắp là cây trồng vừa cho năng suất cao, vừa tiêu thụ nước ít hơn so với cây lúa. Các giống bắp lai mới có tiềm năng năng suất rất cao, có nơi đạt được 20– 24 tấn/ha/vụ (Mỹ) đã tạo nên một diện mạo mới cho cây bắp (Dobermann and Walters, 2004).
Nhưng đối với điều kiện đất phèn ởĐBSCL, luân canh cây bắp có thể mang lại hiệu quả cao không? Đây là vấn đề đặt ra cần phải được nghiên cứu.
1.2.2 Ảnh hưởng của luân canh đến dinh dưỡng trong đất
Nhu cầu về dinh dưỡng của các loại cây trồng trong luân canh khác nhau làm cho chếđộ dinh dưỡng trong đất không bị mất cân đối. Hệ rễ của các loại cây trồng cũng khác nhau, chúng có thể hút được chất dinh dưỡng ở những độ sâu khác nhau làm cho đất không bị nghèo kiệt (Ngô Ngọc Hưng và ctv., 2004). Khả năng khoáng hóa đạm trên đất lúa có luân canh với cây màu đặc biệt là cây bắp tăng cao khác biệt ý nghĩa so với trên đất độc canh lúa. Bên cạnh tác động cải thiện đặc tính hóa học đất thì các đặc tính về vật lý và sinh học đất cũng được cải thiện tốt góp phần làm tăng tính bền vững sử dụng đất trong sản xuất.
Việc luân canh cây trồng cạn trên nền đất lúa đã thay đổi thường xuyên kiểu canh tác, liều lượng, dạng phân và cách bón phân có tác dụng duy trì và làm tăng độ
phì của đất (Đỗ Thị Thanh Ren, 1999).
Ruộng khô trước khi trồng lúa sẽ có vài yếu tố đóng góp tới sự khoáng hóa,
đó là sự giảm ẩm độ của đất. Một dấu hiệu tương quan là vi sinh vật đất có lẽ chết trong giai đoạn đất khô (van Gestelet al., 1991) với những tế bào chết trở thành hữu dụng qua sự phân hủy. Đạm nhiều có thể được giải thích bởi sự gia tăng độ hữu dụng của chất nền hữu cơ qua sự phân hủy ở lớp đất mặt (Seneviratne and Wild, 1985).Gần đây kết quả nhiều nghiên cứu cho rằng giai đoạn khô và đất giảm ẩm độ
không những sinh ra nguồn đạm mà còn gia tăng tốc độ khoáng hóa của nguồn đạm bất động trong đất (Cabrera, 1993).
Đất khô theo sau thu hoạch có lợi cho sự nitrate hóa (Ponnamperuma, 1985), cây trồng cạn có thể sử dụng NO3–N này và tránh mất qua trực di và khử nitrate sau khi đất ngập. Cây trồng cạn sử dụng đạm có thể sau đó trả lại cho vụ lúa tiếp theo bởi vùi xác bã thực vật lại. Những cây phân xanh tăng trưởng nhanh có thể sử dụng cho mục đích này, với cây họ đậu có thể sử dụng trong bảo tồn và tái tạo NO3–N trong đất (George et al., 1992).
Tóm lại, tất cả các nghiệm thức luân canh hiện nay đều không làm đất xấu đi mà trái lại tính chất lý hoá đất thay đổi theo chiều hướng tốt.
1.3 QUẢN LÝ NƯỚC ĐỐI VỚI CÂY LÚA BẰNG KỸ THUẬT TƯỚI TIẾT KIỆM
Kỹ thuật tưới nước tiết kiệm cho cây lúa được khởi xướng từđầu những năm 80 ở miền Nam Trung Quốc. Sau này Viện lúa quốc tế IRRI hình thành các chương trình nghiên cứu và tổ chức thí nghiệm ở nhiều quốc gia, đặc biệt là ở châu Á. Tiến bộ kỹ thuật này có sự khác biệt cơ bản so với biện pháp tưới nước truyền thống. Kỹ
thuật truyền thống là giữ liên tục một lớp nước mỏng trên mặt ruộng từ 70% đến 80% thời gian chu kỳ sống của cây lúa (giống lúa có thời gian sinh trưởng 100 ngày thì tổng thời gian có nước ngập trên mặt ruộng là 70–80 ngày). Ngược lại hoàn toàn với biện pháp truyền thống cũ, trong kỹ thuật tưới nước tiết kiệm mặt ruộng chỉ
ngập nước khoảng từ 15% đến 25% tổng thời gian chu kỳ sống của cây lúa.
Với kỹ thuật tiết kiệm nước thì trong phần lớn thời gian, lượng nước tối đa trong đất là bão hòa 100% (các khoảng rỗng trong đất đều chứa nước nhưng không có nước ngập trên mặt ruộng). Chỉ có duy nhất giai đoạn hồi xanh sau khi cấy là có mực nước ngập 1–3 cm. Nhìn chung, ẩm độ đất trong ruộng lúa biến thiên từ 60– 100%. So sánh hai hệ thống thì bốc thoát hơi nước giảm 10%, thấm sâu và thấm lậu giảm 50–80% khi áp dụng kỹ thuật tưới tiết kiệm nước.
Việc tưới ướt khô xen kẽ (Alternate wetting and drying–AWD), đã được một số kết quả nghiên cứu cho rằng làm năng suất gia tăng (Wei Zhang and Song, 1989; Stoop et al., 2002), đặc biệt là AWD gia tăng hiệu quả sử dụng nước tưới. Nhưng cũng có một số báo cáo là không tăng năng suất (Tuong et al., 2004). Nhưng tưới theo AWD hầu hết giảm được sự rò rỉ và trực di, chỉ ảnh hưởng nhỏ đến sự bốc hơi trên mặt ruộng. Belder et al. (2007) và Cabangon et al. (2004) tính toán rằng mất nước do bốc hơi trên bề mặt ruộng giảm từ 2–33% so với tưới ngập thường xuyên. Lợi ích của việc tưới AWD được đưa ra là cải thiện hệ thống rễ, giảm đổ ngã (hệ
thống rễ phát triển tốt hơn), chu kỳđất thông thoáng, kiểm soát tốt hơn các dịch hại. Trong suốt chu kỳ khô của tưới AWD, độ sâu của nước ngầm ít khi sâu hơn 20 cm và đất trong vùng rễ ẩm độ vẫn còn lại. Kết quả cho thấy rằng đối với tưới
nước ở đất thấp, AWD có thể giảm đầu vào của nước nhưng không ảnh hưởng năng suất lúa và quản lý đạm có khác biệt so với tưới liên tục (Romeo et al, 2004). Và một số lượng rất lớn phân bón, đặc biệt là phân đạm thì bị mất với việc tưới liên tục qua bốc hơi nước. Bởi vì sự bốc hơi nước và lượng nước thấm lậu sẽ giảm từ 50– 80% nếu tưới tiết kiệm; việc mất phân bón, đặc biệt là phân đạm sẽ giảm nếu sử (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
dụng phương pháp mới này (Mao Zhi, 1993).
Tưới ướt khô xen kẽ còn có tác dụng cải thiện độ thoáng khí của đất. Tiềm năng ôxy hóa–khử ở ruộng lúa tưới nước tiết kiệm là 120–200% so với ngập nước liên tục (Mao Zhi, 1993). Biện pháp tưới này cho thấy gia tăng một lượng lớn ôxy trong đất, số lượng vi sinh vật đất có thể gia tăng và độc chất trong đất có thể giảm (Bảng 1.4) (He Shunzhi, 1993).
Bảng 1.4 Số lượng sinh vật trong đất lúa tại Wuhan (He Shunzhi, 1993) Kỹ thuật tưới Tưới tiết kiệm Tưới liên tục
Ngày lấy mẫu 13/6 16/7 13/6 16 /7 Aerobic bacteria 0,277 1,624 0,657 1,025 Anaerobic bacteria 0,021 0,015 0,035 0,017 Actinomycetes 0,422 0,288 0,161 0,094 Ammonificator 11,550 112,000 0,355 4,200 Nitrifying bacteria 0,100 0,011 0,009 0,010 Denitrifying bacteria 0,390 0,400 0,085 0,042 Organophosphorus bacteria 4,025 0,960 0,710 0,420 Cellulose-decomposing bacteria 0,040 0,040 0,000 0,004 Sulphoficator 0,116 0,400 0,004 0,001 Desulphoficator 0,413 0,008 3,570 1,176
Ghi chú: đơn vị là triệu/g đất khô.
Theo số liệu quan sát tại thí nghiệm tỉnh Wuhan (Trung Quốc) ở điều kiện tưới tiết kiệm thì ammonificator tăng 26 lần, vi khuẩn organophosphorus tăng 6 lần
và vi khuẩn cellulose-decomposing tăng 10 lần so với tưới ngập liên tục (Bảng 1.4).
Điều quan trọng khác là ở ruộng tưới tiết kiệm nước thì hệ sinh vật đất cũng nhiều hơn ruộng tưới ngập liên tục (He Shunzhi, 1993).
Điều kiện mực nước thấp hơn thì tiềm năng ôxy hóa–khử cao hơn (đất chứa ôxy cao hơn) và gia tăng số lượng vi sinh vật đất, thuận lợi cho việc biến đổi và
đồng hóa chất hữu cơ và nó cũng rất thuận lợi cho việc giảm các độc chất trong đất. Vì thếđặc tính của đất trồng lúa có thể được cải thiện và năng suất lúa có thể được gia tăng bởi phương pháp tưới tiết kiệm (Mao Zhi, 1993).
Tóm lại, áp dụng biện pháp tưới tiết kiệm sẽ là biện pháp có thể cải thiện các
đặc tính lý hóa của đất và đặc biệt là giảm được lượng nước tưới, góp phần tiết giảm được chi phí sản xuất và giải quyết vấn đề thiếu nước đang đặt ra hiện nay.
1.4 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC BIỆN PHÁP CANH TÁC TRÊN TIẾN TRÌNH CỐĐỊNH ĐẠM TỰ DO TRONG ĐẤT LÚA
Quá trình cố định đạm sinh học là quá trình biến đổi hay còn gọi là cố định nitrogen tự do (N2) thành ammonia (NH3), sau đó kết hợp với các acid hữu cơ tạo thành amin và acid amin, phản ứng này có được là do các nhóm vi khuẩn có khả
năng tổng hợp enzym nitrogenaz. Gồm có 4 nhóm vi sinh vật liên quan đến quá trình cốđịnh đạm sinh học: dị dưỡng (Azotobacter, Rhizobium, Bacillus, …), quang tự dưỡng sống tự do (Anabaena, Nostoc,…), dị dưỡng tạo nốt rễ (Azotobacter, Bacillus, Azospirillum, Rhizobium, …), cộng sinh với vi sinh vật quang dưỡng (Nostoc cộng sinh với địa y, Anabaena cộng sinh với bèo hoa dâu, Halosiphon cộng sinh với rêu, …).
Sự cốđịnh đạm tự do của vi sinh vật đất đã đưa vào đất một lượng đạm nhất
định, điều này đặc biệt quan trọng đối với canh tác 1 vụ lúa nước trên năm ở nhiều vùng tại châu Á trước đây, nơi mà cây lúa đã được trồng liên tục trong nhiều thế kỷ
1.4.1 Tình hình nghiên cứu về khả năng cốđịnh đạm tự do trong ruộng lúa
Cố định đạm sinh học có vai trò quan trọng trong việc duy trì đạm trong đất trồng lúa nước (Roger and Ladha, 1992; Ladha et al., 2000). Vi sinh vật cố định
đạm không cộng sinh được đánh giá cân bằng đạm trong trường hợp không bón phân đạm được tính từ 38–90 kg N/ha/năm hoặc 19–45 kg N/ha/vụ (Pampolino et al., 2007a).
Sự cố định đạm sinh học trên ruộng có trồng lúa (còn gọi là sự cố định đạm kết hợp) khi đất có lượng đạm thấp có thể đạt đến 113 kg N/ha. Tuy nhiên, mức độ
cố định đạm sinh học phụ thuộc vào hệ sinh thái, tập quán canh tác và sự phát triển khác nhau của giống lúa (Watanabe et al., 1977, Rao et al., 1998, Ariosa et al.,
2004). Trolldeneir (1975) ước lượng lượng đạm cố định trong vụ là 63 kg N/ha ở đất ngập nước, 28 kg N/ha ở đất trồng không ngập nước. Boddey và Dobereiner (1984) cho rằng sự cố định đạm sinh học kết hợp là một trong những nguồn đạm chính ở đất lúa và ước lượng khoảng 30 kg N/ha/vụ, chiếm 20% đạm tổng số trong cây trồng.
Tại Philippines trồng 2 vụ lúa nước nhận 59–103 kg N/ha/năm từ cốđịnh đạm sinh học, ở Nhật Bản trồng 1 vụ lúa trên năm sau thời gian đất bỏ hoang nhận từ
19–38 kg N/ha/năm. Trong sự cân bằng kín, cho thấy rằng rất ít gia tăng và thậm chí cuối cùng mất đạm ở nghiệm thức có bón phân đạm, điều này cho thấy phân đạm bón vào bị mất đi nhiều hơn số lượng cốđịnh đạm đóng góp. Phân đạm bón vào chỉ
tồn tại một thời gian ngắn bởi nó nhanh chóng bị vi sinh vật biến đổi và bay hơi. Tuy nhiên, xử lý urea trên mặt đất trong thời gian ngắn số lượng sẽ giảm đi do tảo lam trong nước cố định, nó có thể kích thích cố định đạm trong đất và trong vùng rễ. Do vậy, cố định đạm có vai trò chủ yếu trong việc duy trì đạm trong đất (Ladha
et al., 1989).
Tác nhân chính cốđịnh đạm bao gồm tảo lam cốđịnh và vi khuẩn quang hợp sống trong đất ngập nước và mặt đất, vi khuẩn dị dưỡng cũng tìm thấy trong vùng rễ lúa và trong đất ngoài vùng rễ (Roger and Ladha, 1992). Sử dụng phương pháp
ARA (Acethylene Reduction Assay), Ishizawa et al. (1987) đã tìm thấy hoạt tính cao của nitrogenase xảy ra ở rễ lúa nước. Sự ngập nước đã cung cấp điều kiện thích hợp cho sự cố định đạm trên rễ lúa trồng ở đất ngập nước. Các vi sinh vật cố định
đạm rất đa dạng (hiếu khí, kỵ khí không bắt buộc, dị dưỡng, quang dưỡng) được tìm thấy trong hệ sinh thái lúa ngập nước mà nó có vai trò đóng góp đạm cho đất. Hệ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
thống cố định đạm sinh học (BNF) chính trong đất lúa ngập nước bao gồm (khuẩn lam, vi khuẩn quang tổng hợp, vi khuẩn dị dưỡng).
Những nghiên cứu được thực hiện ở những vùng khác nhau trên thế giới đã cho thấy một lượng đạm có nguồn gốc từ không khí (%Ndfa) qua cốđịnh đạm là 0– 35% trong cây lúa. Phương pháp ARA và phương pháp nghiên cứu cân bằng N15đã cho thấy sựđóng góp của cố định đạm kết hợp với rễ lúa là khoảng 29% của đạm trên cây lúa (Watanabe et al, 1977).
1.4.2 Sử dụng phương pháp khử acetylene (ARA= Acethylene Reduction Assay) trong xác định khả năng cốđịnh đạm sinh học Assay) trong xác định khả năng cốđịnh đạm sinh học
Có những phương pháp nhạy để thăm dò và đo lượng C2H2 và sản phẩm khử
C2H4 của nó, cho phép sử dụng phản ứng này như là sự khảo nghiệm gián tiếp hoạt
động enzyme nitrogenase (Page et al., 1982).
Phương pháp khử acetylen dùng để ước lượng sự hoạt động của nitrogenase. Trong quá trình cốđịnh N2, ezyme nitrogenase khử N2 thành NH3 cùng với nó là sự
phóng thích H2 từ sự khử proton H + theo phương trình:
N2 + 8e + 8H + + 16ATP 2NH3 + H2 + 16 ADP + 16Pi